CN111826207A - 气化灰渣处理装置、方法及煤催化气化系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及煤炭气化技术领域，尤其涉及一种气化灰渣处理装置、方法及煤催化气化系统，该装置包括壳体，壳体的第一端设置有第一进料口和第二进料口，壳体的第二端设置有出料口；进气管，进气管的一端位于壳体的外侧，另一端延伸至壳体中，用以将等离子体氧输入至壳体中。本申请所提供的装置中，通过在壳体上设置第一进料口、第二进料口和进气管，将气化灰渣、添加剂以及等离子体氧输送至壳体中，并在壳体内发生残碳氧化反应以及催化剂置换反应，实现了气化灰渣中残碳的转化以及催化剂的提取，避免了在后续对灰渣进行过滤清洗以获取含有催化剂的溶液时产生的残渣中含有残碳，有效避免了碳资源的浪费，提高了碳的转化率。

Description

气化灰渣处理装置、方法及煤催化气化系统

技术领域

本公开涉及煤炭气化技术领域，尤其涉及一种气化灰渣处理装置、方法及煤催化气化系统。

背景技术

催化气化技术是洁净高效利用煤的一种重要方式，采用催化气化技术，煤在相对较低的温度下与气化剂在催化剂的催化作用下进行气化反应，生成高浓度的甲烷。催化剂的加入能降低反应温度、提高反应速率，提高粗煤气中甲烷含量。

由于现有催化气化工艺采用的催化剂成本较高，后期需对灰渣中的催化剂进行回收处理。在催化剂回收处理过程中，采用水洗、消解的方法进行催化剂回收，回收完催化剂后得到含水量较大的灰渣，由于灰渣中含有一部分残碳，如再对其中残碳进行燃烧使用，基本无热量利用价值；如直接丢弃，将导致碳资源的浪费，致使整体碳转化率降低。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种气化灰渣处理装置、方法及煤催化气化系统。

本公开提供了一种气化灰渣处理装置，包括：

壳体，所述壳体内形成有用于容纳气化灰渣的容纳腔，所述壳体的第一端设置有用于将所述气化灰渣输送至所述容纳腔中的第一进料口和用于将添加剂输送至所述容纳腔中的第二进料口，所述壳体的第二端设置有出料口；

进气管，所述进气管的一端位于所述壳体的外侧，另一端延伸至所述容纳腔中，用以将等离子体氧输入至所述容纳腔中。

本公开提供的气化灰渣处理装置中，气化灰渣通过第一进料口进入至壳体的容纳腔中，进气管向容纳腔中通入等离子体氧，等离子体氧与气化灰渣接触，使气化灰渣中的残碳与等离子体氧接触反应，生成气体产物以及大量热量，从而实现气化灰渣中残碳的转化，避免了气化灰渣中残碳的浪费；同时，将添加剂从第二进料口添加至容纳腔中，添加剂与气化灰渣接触反应，将气化灰渣中的催化剂置换出来，得到催化剂和反应后的灰渣的混合物，由于催化剂可溶于水，使得经出料口排出的灰渣在后续的过滤清洗后，可得到含有催化剂的溶液，从而实现催化剂的回收。

上述气化灰渣处理装置中，通过在壳体上设置第一进料口、第二进料口和进气管，将气化灰渣、添加剂以及等离子体氧输送至壳体中，并在壳体内发生残碳氧化反应以及催化剂置换反应，实现了气化灰渣中残碳的转化以及催化剂的提取，避免了在后续对灰渣进行过滤清洗以获取含有催化剂的溶液时产生的残渣中含有残碳，有效避免了碳资源的浪费，提高了碳的转化率。

可选地，所述进气管包括进气段和排气段，所述进气段的延伸方向与所述壳体的轴线方向垂直，所述排气段设置于所述进气段的一端，且沿所述壳体的第二端指向所述壳体的第一端的方向延伸。

可选地，所述排气段上均匀设置有多个排气孔。

可选地，每个所述排气孔在所述排气段的内表面的开口的中心与所述排气段的自由端的端部之间的距离小于所述排气孔在所述排气段的外表面的开口的中心与所述排气段的自由端的端部之间的距离。

可选地，所述排气孔的轴线与所述壳体的轴线之间的夹角范围为大于或等于30度且小于或等于70度。

可选地，所述壳体包括直筒段和锥形段，所述直筒段背离所述锥形段的一端设置有所述第一进料口，所述锥形段背离所述直筒段的一端设置有所述出料口，所述锥形段上设置有用于喷射等离子体氧的喷嘴组件。

可选地，所述锥形段上设置有至少两个所述喷嘴组件，所述喷嘴组件沿所述壳体的轴线方向排布。

可选地，每个所述喷嘴组件包括多个沿所述锥形段的周向方向均匀分布的喷嘴，且每相邻两个所述喷嘴组件中，沿所述锥形段的一端指向另一端的方向，所述喷嘴错位设置。

可选地，还包括搅拌器，所述搅拌器包括操作端和搅拌端，所述操作端位于所述壳体的外侧，所述搅拌端延伸至所述壳体的直筒段与所述锥形段的连接位置处。

可选地，所述壳体上设置有用于向所述容纳腔中输送水或水蒸气的管路。

本公开还提供了一种煤催化气化系统，包括上述气化灰渣处理装置、气化炉、排渣装置、用于产生等离子体氧的等离子激发装置和过滤装置；其中，

所述气化炉的排渣管与所述排渣装置连接，所述排渣装置与所述气化灰渣处理装置的第一进料口连接，所述等离子激发装置与所述气化灰渣处理装置的进气管连接，所述过滤装置与所述气化灰渣处理装置的出料口连接。

可选地，所述气化灰渣处理装置的喷嘴组件与所述等离子激发装置连接。

本公开还提供了一种气化灰渣处理方法，包括：

在预设温度范围内，向气化灰渣中通入等离子体氧，用以转化气化灰渣中的残碳；

向气化灰渣中添加添加剂，用以置换气化灰渣中的催化剂。

可选地，所述预设温度范围为大于或等于110度且小于或等于180度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述气化灰渣处理装置的结构示意图；

图2为本公开实施例所述排气段的截面图；

图3为本公开实施例所述煤催化气化系统的示意图。

其中，1-壳体；11-第一进料口；12-第二进料口；13-出料口；14-直筒段；15-锥形段；2-进气管；21-进气段；22-排气段；221-排气孔；3-喷嘴组件；4-搅拌器；5-管路。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

现有催化气化工艺采用的催化剂成本较高，后期需对灰渣中的催化剂进行回收处理。现有技术中，在催化剂回收处理过程中，采用水洗、消解的方法进行催化剂回收，回收完催化剂后得到含水量较大的灰渣，由于灰渣中含有一部分残碳，如再对其中残碳进行燃烧使用，基本无热量利用价值；如直接丢弃，将导致碳资源的浪费，致使整体碳转化率降低。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种气化灰渣处理装置，能够解决上述技术问题。

图1为本公开实施例所述气化灰渣处理装置的结构示意图。如图1所示，本公开提供了一种气化灰渣处理装置，包括：壳体1，壳体1内形成有用于容纳气化灰渣的容纳腔，壳体1的第一端设置有用于将气化灰渣输送至容纳腔中的第一进料口11和用于将添加剂输送至容纳腔中的第二进料口12，壳体1的第二端设置有出料口13；进气管2，进气管2的一端位于壳体1的外侧，另一端延伸至容纳腔中，用以将等离子体氧输入至容纳腔中。

本公开实施例提供的气化灰渣处理装置中，气化灰渣通过第一进料口11进入至壳体1的容纳腔中，进气管2向容纳腔中通入等离子体氧，等离子体氧与气化灰渣充分接触、混合，使气化灰渣中的残碳与等离子体氧接触反应，生成气体产物以及大量热量，从而实现气化灰渣中残碳的转化，避免了气化灰渣中残碳的浪费；同时，将添加剂从第二进料口12添加至容纳腔中，添加剂与气化灰渣接触反应，将气化灰渣中的催化剂置换出来，得到催化剂和反应后的灰渣的混合物，由于催化剂可溶于水，使得经出料口13排出的灰渣在后续的过滤清洗后，可得到含有催化剂的溶液，从而实现催化剂的回收。

上述气化灰渣处理装置中，通过在壳体1上设置第一进料口11、第二进料口12和进气管2，将气化灰渣、添加剂以及等离子体氧输送至壳体1中，并在壳体1内发生残碳氧化反应以及催化剂置换反应，实现了气化灰渣中残碳的转化以及催化剂的提取，避免了在后续对灰渣进行过滤清洗以获取含有催化剂的溶液时产生的残渣中含有残碳，有效避免了碳资源的浪费，提高了碳的转化率。

上述气化灰渣与等离子体氧接触反应，使得气化灰渣中的残碳与等离子体氧发生碳的氧化反应，生成CO₂(二氧化碳)，在反应过程中可能存在碳的不充分反应，生成CO(一氧化碳)，碳与等离子体氧反应生成的气体在析出过程中，对气化灰渣颗粒的孔道进行扩孔，对气化灰渣有松动的作用，便于壳体1内的灰渣、等离子体氧以及添加剂更充分的接触，提高反应的充分性。

上述气化灰渣与等离子体氧的反应温度范围为大于或等于110度且小于或等于180度。

在一次些实施例中，壳体1上设置有用于向容纳腔中输送水或水蒸气的管路5。

在本实施例中，在通过第二进料口12向壳体1内添加添加剂的同时，通过壳体1上设置的管路5，向壳体1内输送水或水蒸气，以保证系统温度在设定范围内，并维持系统中气液固三相状态，将置换得到的催化剂溶于水中，壳体1内的水蒸气可随残碳转化生成的气体一起排出至壳体1外。

故，通过设置进气管2、用于向壳体1内输送水或水蒸气的管路5，实现了对装置内的压力和温度的控制，并维持了装置内气液固三相状态，保证了装置内碳转化反应的效率。

在一些实施例中，进气管2包括进气段21和排气段22，进气段21的延伸方向与壳体1的轴线方向垂直，排气段22设置于进气段21的一端，且沿壳体1的第二端指向壳体1的第一端的方向延伸。

上述进气管2中，气体经进气段21进入至进气管2中，然后运动至排气段22中，通过排气段22进入壳体1的容纳腔中。上述排气段22沿壳体1的第二端指向壳体1的第一端延伸，即，排气段22的延伸方向与壳体1的轴线方向平行，由于进气段21的轴线与壳体1的轴线垂直，故，进气段21与排气段22垂直设置，气体进入进气段21时，在进气段21中均匀扩散后进行排气段22，也就是说进气段21的设置可对气体进行稳流稳压，从而使气体均匀进入排气段22中，进而使气体均匀进入容纳腔中。

图2为本公开实施例所述排气段的截面图。如图1至图2所示，具体地，排气段22上均匀设置有多个排气孔221，通过排气段22上均匀设置多个排气孔221有利于将进气管2中的气体向容纳腔中均匀排出。氧等离子体经2进入，经进气段21均匀扩散后，进入排气段22，之后经各倾斜设置的排气孔221以旋流形式排出，均匀进入中心床层，并向外部扩散，与固相床料接触、反应，保持22处于固液浆态床料区中部位置。

具体地，每个排气孔221在进气段21的内表面的开口的中心与排气段22的自由端的端部之间的距离小于排气孔221在排气段22的外表面的开口的中心与排气段22的自由端的端部之间的距离。

上述排气孔221倾斜设置，排气段22远离进气段21的一端为排气段22的自由端，排气段22的自由端的端面为封闭表面，排气段22中的气体仅通过排气段22的侧面排出，沿壳体1的轴线方向，每个排气孔221在排气段22内表面的开口的中心与排气段22的自由端的端面之间的距离为a，每个排气孔221在排气段22的外表面的开口的中心与排气段22的自由端的端面之间的距离为b，距离a小于距离b，从而形成倾斜设置的排气孔221。

具体地，排气孔221的轴线与壳体1的轴线之间的夹角范围为大于或等于30度且小于或等于70度。

在一些实施例中，壳体1包括直筒段14和锥形段15，直筒段14背离锥形段15的一端设置有第一进料口11，锥形段15背离直筒段14的一端设置有出料口13，锥形段15上设置有用于喷射等离子体氧的喷嘴组件3。

上述壳体1包括直筒段14和锥形段15，且锥形段15设置在壳体1的第二端处，可有效减小壳体1内灰渣的排出速度，增加气化灰渣在壳体1内的反应时间，从而提高残碳的转化率以及催化剂的提取率，从而进一步降低残碳的浪费，提高催化剂的回收量。

具体地，锥形段15上设置有至少两个喷嘴组件3，喷嘴组件3沿壳体1的轴线方向排布。

上述进气管2设置在壳体1的直筒段14中，使直筒段14内的气化灰渣与等离子体氧发生反应，当直筒段14中的气化灰渣运动至锥形段15中时，为了进一步降低气化灰渣中残碳的含量，通过设置喷嘴组件3将等离子体氧输入至锥形段15中，使气化灰渣中残碳继续反应；

另外，喷嘴组件3中喷射的等离子体氧可向直筒段14运动，并与直筒段14中的气化灰渣反正，从而提高了直筒段14中等离子体氧的含量，提高了残碳的转化效率。

具体地，每个喷嘴组件3中包括多个沿锥形段15的周向方向均匀分布的喷嘴，且每相邻两个喷嘴组件3中，沿锥形段15的一端指向另一端的方向，喷嘴错位设置。

上述喷嘴组件3沿壳体1的轴线方向均匀分布，且每个喷嘴组件3中多个喷嘴组件3沿锥形段15的周向方向均匀分布，并且将每相邻两个喷嘴组件3中的喷嘴错位设置，从而保证了喷嘴设置的均匀性，保证壳体1内部的气化灰渣与等离子体氧充分反映。

在一些实施例中，还包括搅拌器4，搅拌器4包括操作端和搅拌端，操作端位于壳体1的外侧，搅拌端延伸至壳体1的直筒段14与锥形段15的连接位置处。

上述搅拌器4的搅拌端设置在壳体1的直筒段14与锥形段15的连接位置处，且搅拌端的中心位置位于所述锥形段15中，用于松动灰渣，使等离子体氧以及添加剂充分与气化灰渣反应。

图3为本公开实施例所述煤催化气化系统的示意图。如图3所示，本公开实施例还提供了一种煤催化气化系统，包括备煤装置、气化炉、排渣装置、上述气化灰渣处理装置、用于产生等离子体氧的等离子激发装置、过滤装置、灰渣清洗装置以及回收催化剂预处理装置；其中，备煤装置与气化炉连接，气化炉的排渣管与排渣装置连接，排渣装置与气化灰渣处理装置的第一进料口11连接，等离子激发装置与气化灰渣处理装置的进气管2连接，过滤装置与气化灰渣处理装置的出料口13连接，灰渣清洗装置与过滤装置连接，过滤装置和灰渣清理装置均与回收催化剂预处理装置连接，回收催化剂预处理装置与备煤装置连接。

在上述煤催化气化系统运行过程中，备煤装置包括催化剂负载装置及干燥单元。将来自回收催化剂预处理装置的高浓度催化剂溶液经输送泵送至催化剂负载装置，在该装置中与来自备煤系统的破碎筛分后煤粉进行均匀混合，得到负载催化剂湿煤粉，将该湿煤粉送入干燥单元，干燥至水含量低于15％，作为气化炉炉煤经进煤系统送入气化炉中。

炉煤经进煤系统加入加压流化床气化炉中，来自蒸氧装置的以水蒸气、氧气、二氧化碳为主的气化剂经气化炉底部进入反应器，煤粉及气化剂在催化剂作用下发生催化气化反应，产生以甲烷、一氧化碳、氢气、二氧化碳为主的粗煤气，同时产生气化灰渣。

气化灰渣经排渣系统进入至上述气化灰渣处理装置中，等离子激发装置分别与进气管2和喷嘴组件3连接，等离子激发装置产生的等离子体氧，进入壳体1中使气化灰渣中的残碳进行转化。

残碳氧化反应产生的一氧化碳和二氧化碳排出至蒸氧装置中，通过蒸氧装置的处理得到气化剂输入至气化炉中。

经上述气化灰渣处理装置得到灰渣经过滤装置和灰渣清洗装置，得到含有催化剂的溶液输送至回收催化剂预处理装置中，形成高浓度催化剂溶液输送至备煤系统中。

上述煤催化气化系统还包括用于与气化炉连接的气固分离装置、与气固分离装置连接的余热回收装置、与余热回收装置连接的蒸氧装置，通过将余热回收装置中加入水产生水蒸气，并将水蒸气输送至蒸氧装置中，同时向蒸氧装置中注入氧气，形成气化炉中反应所需的气化剂，输送入气化炉中。

炉煤经进煤系统加入加压流化床气化炉中，来自蒸氧装置的以水蒸气、氧气、二氧化碳为主的气化剂经气化炉底部进入反应器，煤粉及气化剂在催化剂作用下发生催化气化反应，产生以甲烷、一氧化碳、氢气、二氧化碳为主的粗煤气，进入后续净化降温分离装置。

净化降温分离装置回收余热后粗煤气在该装置中进行进一步除尘、降温，去除粗煤气中包含的水蒸气，同时经低温甲醇洗等酸洗过程，去除粗煤气中包含的二氧化碳酸性气体。然后将所得产物输送至深冷分离装置。

深冷分离装置，对粗煤气中的一氧化碳、氢气、甲烷进行分离，得到液化天然气产品及合成气。

本公开实施例还提供了一种气化灰渣处理方法，包括步骤一：向气化灰渣中通入等离子体氧；步骤二：向气化灰渣中添加添加剂。通过步骤一使等离子体氧与灰渣中碳充分接触、混合，使等离子体与灰渣中的碳反应，将灰渣中残碳转化为气体以及大量热量，催化剂与煤灰矿物质组合成多孔灰渣颗粒，等离子体氧与残碳接触反应以及反应生成的气体析出对灰渣颗粒的孔道进行了扩孔；步骤二中添加剂在与扩孔后的灰渣接触，将催化剂组分置换出来，从而实现了催化剂的提取以及残碳的转化，避免了碳资源的浪费，提高了碳的转化率。

上述气化灰渣处理方法中，等离子体氧与灰渣中碳的反应温度范围为大于或等于110度且小于或等于180度。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种气化灰渣处理装置，其特征在于，包括：

壳体(1)，所述壳体(1)内形成有用于容纳气化灰渣的容纳腔，所述壳体(1)的第一端设置有用于将所述气化灰渣输送至所述容纳腔中的第一进料口(11)和用于将添加剂输送至所述容纳腔中的第二进料口(12)，所述壳体(1)的第二端设置有出料口(13)；

进气管(2)，所述进气管(2)的一端位于所述壳体(1)的外侧，另一端延伸至所述容纳腔中，用以将等离子体氧输入至所述容纳腔中。

2.根据权利要求1所述的气化灰渣处理装置，其特征在于，所述进气管(2)包括进气段(21)和排气段(22)，所述进气段(21)的延伸方向与所述壳体(1)的轴线方向垂直，所述排气段(22)设置于所述进气段(21)的一端，且沿所述壳体(1)的第二端指向所述壳体(1)的第一端的方向延伸。

3.根据权利要求2所述的气化灰渣处理装置，其特征在于，所述排气段(22)上均匀设置有多个排气孔(221)。

4.根据权利要求3所述的气化灰渣处理装置，其特征在于，每个所述排气孔(221)在所述排气段(22)的内表面的开口的中心与所述排气段(22)的自由端的端部之间的距离小于所述排气孔(221)在所述排气段(22)的外表面的开口的中心与所述排气段(22)的自由端的端部之间的距离。

5.根据权利要求4所述的气化灰渣处理装置，其特征在于，所述排气孔(221)的轴线与所述壳体(1)的轴线之间的夹角范围为大于或等于30度且小于或等于70度。

6.根据权利要求1所述的气化灰渣处理装置，其特征在于，所述壳体(1)包括直筒段(14)和锥形段(15)，所述直筒段(14)背离所述锥形段(15)的一端设置有所述第一进料口(11)，所述锥形段(15)背离所述直筒段(14)的一端设置有所述出料口(13)，所述锥形段(15)上设置有用于喷射等离子体氧的喷嘴组件(3)。

7.根据权利要求6所述的气化灰渣处理装置，其特征在于，所述锥形段(15)上设置有至少两个所述喷嘴组件(3)，所述喷嘴组件(3)沿所述壳体(1)的轴线方向排布。

8.根据权利要求7所述的气化灰渣处理装置，其特征在于，每个所述喷嘴组件(3)包括多个沿所述锥形段(15)的周向方向均匀分布的喷嘴，且每相邻两个所述喷嘴组件(3)中，沿所述锥形段(15)的一端指向另一端的方向，所述喷嘴错位设置。

9.根据权利要求6所述的气化灰渣处理装置，其特征在于，还包括搅拌器(4)，所述搅拌器(4)包括操作端和搅拌端，所述操作端位于所述壳体(1)的外侧，所述搅拌端延伸至所述壳体(1)的直筒段(14)与所述锥形段(15)的连接位置处。

10.根据权利要求1所述的气化灰渣处理装置，其特征在于，所述壳体(1)上设置有用于向所述容纳腔中输送水或水蒸气的管路(5)。

11.一种煤催化气化系统，其特征在于，包括由权利要求1至10任一项所述的气化灰渣处理装置、气化炉、排渣装置、用于产生等离子体氧的等离子激发装置和过滤装置；其中，

所述气化炉的排渣管与所述排渣装置连接，所述排渣装置与所述气化灰渣处理装置的第一进料口(11)连接，所述等离子激发装置与所述气化灰渣处理装置的进气管(2)连接，所述过滤装置与所述气化灰渣处理装置的出料口(13)连接。

12.根据权利要求11所述的煤催化气化系统，其特征在于，所述气化灰渣处理装置的喷嘴组件(3)与所述等离子激发装置连接。

13.一种气化灰渣处理方法，其特征在于，包括：

在预设温度范围内，向气化灰渣中通入等离子体氧，用以转化气化灰渣中的残碳；

向气化灰渣中添加添加剂，用以置换气化灰渣中的催化剂。

14.根据权利要求13所述的气化灰渣处理方法，其特征在于，所述预设温度范围为大于或等于110度且小于或等于180度。

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